Ist ein einzelner FET eine gute Möglichkeit, ein 100-kHz-Signal über kurzes Koaxialkabel zu treiben?

Ich versuche, ein kleines (1 V) Signal mit variabler Frequenz über etwa einen Meter Koaxialkabel zu übertragen. Ich interessiere mich nicht für etwas über 100 kHz. Zu beachten ist, dass mein Signal bereits mit einem Offset von +24 VDC geliefert wird. Also ich habe das hier:-

FET-Treiber

basierend darauf aus einem richtigen Koax-Treiber-Datenblatt ( Intersil HA-5002- Treiber): -

HA-5002-Treiber

Der HA-5002 ist im Wesentlichen ein Stromverstärker, also habe ich meinen FET als Spannungsfolger eingerichtet. Die Spice-Simulation scheint darauf hinzudeuten, dass es funktioniert, mit der erwarteten 50%igen Signalreduzierung am Ende des Koaxialkabels. Die Antwort beträgt -5 dBV über die Bandbreite von 100 kHz. R1 (1,5k) läuft etwas warm, da es sich dem oberen Ende seiner Verlustleistung nähert, aber die Wärmeableitung eines Koaxialtreibers scheint nicht ungewöhnlich zu sein.

Diese Schaltung scheint sehr einfach zu sein und die Frage ist daher, ist sie zu einfach?

PS. Ich habe mir hier und anderswo viele getriebene Koax-Anordnungen angesehen. Die Art und Weise, wie es gemacht wird, scheint mit 50-Ω-Widerständen hier oder da unsicher zu sein. Manchmal gibt es nur einen 100-Ω-Widerstand an der Quelle.

Kleines k für Kilo.
Wie groß ist die Amplitude des AC-Signals? Ihre LTSpice-Simulation zeigt 2 V Spitze-Spitze ... ist das richtig?
@ThePhoton 2 Vp-p ist richtig.
Passen Sie auf, dass Sie das Vgs-Abs-Max während des Startvorgangs nicht sprengen.
Sie sagen, dass Sie ein Wechselstromsignal auf 24 V Gleichstrom haben. Aber C1 in Ihrem Schaltplan wird diese DC-Komponente los. Gibt es einen Grund, warum Sie den FET nicht hinter C1 setzen?

Antworten (3)

Bei 100 kHz bei 1 Meter beträgt die Länge Ihrer Übertragungsleitung 1/3000 der Vakuumwellenlänge des Signals. Vielleicht 1/2000 der Wellenlänge in der Übertragungsleitung. Wenn Sie keine wirklich extremen Anforderungen an die Signaltreue haben, brauchen Sie sich in diesem System nicht einmal um die Terminierung der Übertragungsleitung zu kümmern. Wenn Sie eine maximale Signalübertragung wünschen, können Sie natürlich entweder den Quellen- (R3) oder den Last- (R4) Abschluss von diesem System eliminieren. Höchstwahrscheinlich können Sie beide ohne negative Auswirkungen beseitigen.

Zweitens zeigt Ihr Schema, dass die Signalquelle ein 2-V-Spitze-Spitze-Wechselstromsignal über dem 24-V-Gleichstrom-Offset hat.

Mit diesem Signal widerspreche ich den beiden vorherigen Antworten. Sie können dies so arrangieren, dass der FET in Sättigung bleibt (das FET-Äquivalent zum "aktiven Vorwärtsmodus" für BJTs) und Ihr Treiber während des gesamten Signalzyklus eine niedrige Ausgangsimpedanz aufweist. Sie werden keine sinnvolle Asymmetrie in der Ausgabe sehen. Dazu müssen Sie die Dinge so arrangieren, dass der FET immer Strom in den Rest der Schaltung einspeist.

Derzeit haben Sie vielleicht 13 mA Vorspannungsstrom (vorsichtig unter der Annahme von 4 V v G S für den 2n7002) bis R1, und Sie schalten ein 10-mA-Signal in die Übertragungsleitung, sodass Ihr FET während des gesamten Signalzyklus gesättigt bleibt.

Wenn Sie den Source-Abschluss (R3) eliminieren, steigt der vom FET getriebene Signalstrom, und Sie müssen den Wert von R1 verringern, damit genügend Vorspannungsstrom durch den FET fließt, um ihn gesättigt zu halten.

Nein, es gibt keine Komponente > 100 kHz. Schlagen Sie vor, dass einfache Drähte gut genug sind? Es ist so schwierig, mit Sicherheit festzustellen, wann Koax verwendet werden sollte. Ich weiß, dass es sich um ein viel längeres Koaxialkabel handelt, aber electronic.stackexchange.com/a/113488/56469 ist auf 300 Hz gesunken, bevor es zu normalen Kabeln geht.
@paul, eine typische Regel besteht darin, Übertragungsleitungseffekte zu berücksichtigen, wenn Ihre Leitungslänge mehr als 1/20 oder 1/10 der Signalwellenlänge beträgt.

R1 muss 1 V gegen eine 100-Ohm-Last herunterziehen, oder Sie werden eine sehr verzerrte Ausgangswellenform finden.

Das deutet darauf hin, dass Sie in der Lage sein müssen, mindestens 10 mA durchzulassen. Mit seinem Stromwert müssen Sie den FET so vorspannen, dass an R1> = 15 V anliegen - oder alternativ seinen Wert verringern.

Bis er 10 mA sinken kann (plus Sicherheitsmarge, ich würde 15-20 mA vorschlagen), werden Sie feststellen, dass der Stromverbrauch dieses einfachen Puffers ziemlich hoch ist. Wenn Sie damit einverstanden sind - es ist ein Klasse-A-Verstärker - dann machen Sie es. Wenn das Ihrer Batterielebensdauer schadet ... nun, deshalb wurden Klasse B und andere komplexere Topologien erfunden.

Hätte sagen sollen, dass es letztendlich netzbetrieben ist. FETs sind auf 24 V vorgespannt - im Schaltplan ist dies wahrscheinlich unklar.
Da es tatsächlich 2Vp-p sind, lesen Sie 20mA statt 10mA.

R1 ist nicht an die Impedanz dessen angepasst, was das Signal antreibt. Der FET kann eine niedrige Ausgangsimpedanz haben, wenn das Eingangssignal hoch geht, aber R1 ist das einzige, was das Signal niedrig zieht. Dies führt zu einer erheblichen Asymmetrie in den ansteigenden und abfallenden Anstiegsgeschwindigkeiten, was zu einer Verzerrung führt.

Ein einzelner Transistor treibt eine Leitung von Natur aus asymmetrisch an. Eine bessere Antwort wäre etwas, das im Vergleich zu den 100 Ω, die es treiben muss, eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine symmetrische Hoch-/Niedrig-Antriebsfähigkeit hat. Ein Operationsverstärker in Spannungsfolgerkonfiguration scheint hier eine geeignete Wahl zu sein.

Er hat ein 2-V-Spitze-Spitze-Signal um einen 24-V-Offset. Er bringt den FET nicht aus dem Sättigungsmodus, und die Ausgangsimpedanz des FET bleibt sowohl für die abfallenden als auch für die ansteigenden Flanken des Signals relativ konstant.
@TheP: Das passt nicht zusammen. Unabhängig davon, in welchem ​​Modus sich der FET befindet oder was in diesem Gerät mit 3 Anschlüssen vor sich geht, kann er nur Strom an den Ausgang liefern. Das Absenken der Spannung am Ausgang erfordert sinkenden Strom, was nur R1 kann. Ein besseres Schema wäre, den FET-Ausgang gleichstromzukoppeln, indem C1 und R1 insgesamt eliminiert werden und R4 der Pulldown ist. Natürlich ist es in erster Linie dumm, sich bei dieser Frequenz und dieser Länge Gedanken über Übertragungsleitungseffekte zu machen, wie Sie in Ihrer Antwort darauf hinweisen.
Ja, aber mit 24-V-Offset muss R1 bei korrekter Wahl während des gesamten Signalzyklus weiterhin Strom liefern.
@ThePhoton Ja, mit der ursprünglichen Einrichtung bekomme ich nur eine leichte Asymmetrie am Sinuswellenausgang. Natürlich nur 50% wegen des Spannungsteilers R3-R4.
Ist ein einzelner FET eine gute Möglichkeit, ein 100-kHz-Signal über kurzes Koaxialkabel zu treiben?
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